9. Hydraulisk prosjektering

Urbanisering, det økte antall utendørsanlegg, veier, innkjørsler, parkeringsarealer med tett overflate, og faktisk også takflater, har dramatisk redusert muligheten for naturlig og bærekraftig drenering. I landlige områder finner kun 5 % av overflatevannet veien direkte til elver, mens i tettbygde byområder blir 95 % av regnet til overflatevann, noe som ytterligere belaster allerede overbelastede dreneringssystemer.

 

Det finnes stadig flere beviser på at jordens klima er i endring. Som følge av dette er det sannsynlig at nedbørsmønsteret i Norge vil endres:

• Vintrene vil bli mildere og våtere
• Enkelte typer ekstremvær, slik som styrtregn, vil forekomme oftere.

Det har vært en betydelig økning i forsikringsselskapenes utbetalinger for flomskader på bygninger og anlegg de siste årene. En viktig årsak til dette er at avløpssystemet ikke har kapasitet til å håndtere den økende overvannsmengden.

Det er derfor et økende behov for å installere overvannsløsninger for å kunne tilpasse samfunnet til et klima i endring. Permeable dekker kan være en aktuell løsning. For å sikre at et permeabelt dekke kan oppfylle sin funksjon, er det nødvendig å foreta en hydraulisk prosjektering.

9.1 Grunnleggende krav

Det vil ikke være mulig å planlegge arealer slik at de vil tåle det største regnværet som noen gang har forekommet. Som oftest er det mer fornuftig å tolerere en og annen overskridelse enn å planlegge for hvert enkelt kraftige regnskyll.

Det er tre overordnede, generelle prinsipper som må tas i betraktning ved planlegging av dreneringssystemer:

• Se til at mennesker og eiendeler på prosjektet er beskyttet mot oversvømmelser
• Se til at konsekvensene av utbyggingen ikke forsterker risikoen for oversvømmelser på noe sted i resipientvassdragets vannoppsamlingsområde.
• Håndtering av overflateflom for å sikre at ingen bygninger oversvømmes.

For at overvannet skal bli en ressurs i urbane områder kreves det en sterk kobling mellom overvannshåndtering, byarkitektur og areal- og landskapsplanlegging. Den vanligste og tradisjonelle måten er å føre overvannet ned i sluk og bort i rør. I mange år har overvann utelukkende vært sett på som et problem, mens det bør heller oppfattes som en ressurs for rekreasjon og som et positivt element i nærmiljøet.

Lokale overvannsløsninger

De rimeligste og enkleste løsningene for overvann er som regel å få til lokal infiltrasjon. Å behandle overvannet lokalt innebærer å la vannet finne naturlige veier via infiltrasjon til grunnen og/eller la det renne bort via åpne vannveier og dammer. Strategien for dette er beskrevet i Norsk VANN veiledning i overvannshåndtering fra 2008 (Norsk Vann 2008) og er vist i nedenstående figur.

 

Første ledd er å håndtere nedbøren lokalt i åpne anlegg nær kilden som for eksempel boliger, parkeringsplasser, torg og lokale veier. Målet er å etablere systemer som medvirker til at overflatevannet infiltreres i grunnen der det er mulig. Belegningsstein med permeable fuger vil være et godt eksempel på et slikt åpent anlegg.

Det som ikke kan infiltreres i første ledd, fordrøyes og forsinkes så mye som mulig og ledes kontrollert videre i åpne renner eller vannføringer til dammer eller større sentrale anlegg.

Ved svært kraftig regn vil ikke overvannsanleggene kunne håndtere de ekstreme vannmengdene som oppstår, og det må planlegges åpne trygge flomveier gjennom de urbane områdene for å ta hånd om overskuddsvannet.

 

9.2 Enheter

En av de vanligste feilene som gjøres i forbindelse med prosjektering av permeable dekker, er bruken av feil enheter. Det er fordi de ulike parameterne er oppgitt i forskjellige enheter og at konvertering er nødvendig når beregninger skal utføres. De vanligste enheter er vist i tabell 5.

SI enheten for permeabilitet til grunnen (dyp infiltrasjon) er m/s. Derfor blir infiltrasjonskapasiteten til grunnen oppgitt i m/s. Infiltrasjonskapasiteten for regnvann på overflaten av et permeabelt dekke (overflateinfiltrasjon) sammenlignes ofte med nedbørsintensiteten. Den er ofte angitt i mm/t og derfor er overflateinfiltrasjonen også angitt i denne enheten.

 

9.3 Overflateinfiltrasjon

Det permeable dekket må ha en infiltrasjonskapasitet I overflaten som er tilstrekkelig stort til at dimensjonerende nedbør kan passere gjennom til den underliggende permeable konstruksjonen uten å danne pytter på overflaten.

Mengden av vann som kan passere gjennom et permeabelt dekke av betongstein avhenger av forholdet mellom åpne områder og betongoverflaten samt infiltrasjonskapasiteten for fugematerialet, settelaget og de permeable materialene. Eventuelle geotekstiler i de øverste lagene kan også påvirke infiltrasjonskapasiteten.

Den britiske SuDS manual (CIRIA, 2015) anbefaler en minimumsverdi på 2500 mm/t for at nye dekker skal kunne betraktes som permeable. Filtreringen gjennom fugene varierer med materialene som er brukt, men en typisk verdi for nylagte steindekker er 4.000 mm/t, noe som er godt over den anbefalte minimumsverdien på 2500 mm/t. De permeable steinmassene i forsterkningslaget vil ha en permeabilitet som er mange ganger høyere enn dette, minst 40.000 mm/time.

Det er ingen standard test prosedure i Norge eller EU for måling av infiltrasjonskapasiteten til en permeabel overflate. SuDS manualen (CIRIA, 2015) anbefaler at produsenter oppgir overflatens infiltrasjonskapasitet med følgende

• Det bør benyttes måling med infiltrasjonsring
• Forsegling av infiltrasjonsringen til overflaten som skal måles, bør gjøres med mastic sealant, rapit set mortar eller annen velegnet masse.
• Resultatene skal oppgis i både mm/t og m/s

Uansett hvor høy permeabilitet som oppnås av steinmaterialene i fugene og fundamentet, er hovedfaktoren den dimensjonerende infiltrasjonen for hele konstruksjonens tverrsnitt, inklusive materialet i grunnen, som oppnås over konstruksjonens levetid. Dekkets infiltrasjonskapasitet bør alltid fastsettes konservativt, da kortsiktige variasjoner kan forekomme som følge av vann som allerede er lagret, og man kan ha langsiktige infiltrasjonsreduksjoner.

Infiltrasjonskapasiteten vil reduseres over tid grunnet opphopning av finstoff og organisk materiale i fugematerialet. Kapasiteten vil imidlertid stabiliseres med tiden. Denne virkningen er oppsummert i Figur 9.3, hvor det fremgår at man kan forvente en lang brukstid for permeable dekker. Det er også erfaringen fra eldre dekker. For å sikre en lang brukstid er det avgjørende at konstruksjonen beskyttes under anleggsperioden og mot overflateavrenning fra omkringliggende landskap.

 

Amerikansk og tysk erfaring indikerer at dimensjonerende infiltrasjonskapasitet gjennom overflaten bør settes til 10% av opprinnelig kapasitet, for å ta høyde for virkningen av tiltetting over en forventet levetid på 30-40 år (Borgwardt, 2015).

For å ta hensyn til tiltetting, ulike klimatiske soner, snø og is og lignende, spesielt når det gjelder oppsamling av regnvann, så anbefales det å anvendes konservative beregninger for overflateavrenning. En avrenningsfaktor på 40% anbefales for systemer for oppsamling av regnvann, basert på anbefalingene i SUDS-manualen (CIRIA, 2015)

Selv etter å ha tatt høyde for tiltetting, har studier vist at permeable dekkers langsiktige infiltrasjonskapasitet normalt langt vil overstige de hydrologiske kravene fastsatt av britiske myndigheter. Den blå linjen i figur 37 viser styrtregn på 100 mm/t. Følgelig kan permeable dekker utformes slik at de håndterer både langvarige nedbørsperioder og kortvarige regnskyll. CIRIA Report C 582 (CIRIA 2002) gir ytterligere informasjon om målte infiltrasjonsrater.

Ovenstående gjelder for overflateinfiltrasjon. Det gjelder ikke for dyp infiltrasjon til grunnen under oppbyggingen av det permeable dekket. Det er en annen enhet og en annen måte å måle dette på.

 

9.4 Hydrauliske beregninger

Programvare for utforming av dreneringssystemer kan også brukes til å planlegge permeable dekker av betongstein. Dette gjør det mulig å modellere og teste hele dreneringssystemets funksjon og konsekvensene for dermed å sikre at det permeable dekket tilfredsstiller alle krav til dimensjoneringen.

Den enkleste tilnærmingsmåten er å betrakte det permeable dekket som en infiltrasjons- eller lagringsmekanisme som tar i betraktning følgende faktorer:

• Lagringsvolum i det permeable fundamentet
• Infiltrasjonsrate til grunnen eller redusert utløpsmengde.

For de fleste arealer er mengden av vann som renner ned i det permeable fundamentet under en regnskur større enn mengden av vann som renner ut. Følgelig må det overskytende vannet (definert nedenfor) lagres i det permeable fundamentet for å hindre oversvømmelse på overflaten (Figur 9.4).

 

For større prosjekter, enten horisontale eller terrasserte, anbefales det å bruke modelleringssoftware for å sikre at hele systemet vil fungere som ventet og at bruken av det tilgjengelige fordrøyningsvolum blir optimalisert.

Statens vegvesens Håndbok 200 Vegbygging angir følgende regler for dimensjonering for avrenning fra små felt:

Q= C*i*A*Kf
Hvor:
Q= dimensjonerende avrenning, l/s
C= avrenningsfaktoren
i= dimensjonerende nedbørsintensitet
A= feltareal

Nedbørsintensiteten for små arealer skal baseres på kvalitetsgodkjente data fra Meteorologisk institutt og kan hentes fra eKlima (www.eklima.no) dersom representative data for det aktuelle området er tilgjengelig.

Klimafaktoren kan hentes fra Klimaservicesenteret (www.klimaservicesenter.no). Her ligger det oppdaterte anbefalinger for de ulike regionene (fylkene). For tidel ligger klimafaktoren mellom 1,2 og 1,5.

En annen tilnærmingsmåte er å betrakte det permeable dekket som en del av et større overvannssystem. En enkel massebalanse og forenklede ligninger kan brukes til å modellere vannets bevegelse inn i og ut av det permeable fundamentet. Andre faktorer som kan tas med i beregningene er:

• Fordampning
• Innledende tap gjennom overflateavrenning
• Dirigering av overflateavrenning

Så snart det påkrevde fordrøyningsvolum i det permeable dekket er fastlagt, kan tykkelsen på oppbyggingen bestemmes. Det tilgjengelige fordrøyningsvolum i bære- og forsterkningslaget er bestemt av volumet av den permeable konstruksjonen, effekten av helling som vil redusere den tilgjengelige fordrøyningskapasitet og tilgjengelig porevolum (porer som drenerer fritt) innenfor materialet. En vanlig brukt verdi for porevolumet eller porøsiteten er 30 %.

Tilgjengelig fordrøyningsvolum = volum i bære- og forsterkningslag x porøsitet

Det bør utvises forsiktighet hvis det benyttes høyere verdier enn 30 % for porøsiteten. En bør være sikker på at porene i materialet er forbundet og drenerer fritt. Porøsiteten til HBCGA, CGA og Type 3 bør bekreftes gjennom testing eller deklarasjoner fra leverandøren.

 

9.5 Klimaendringer

Det er en rekke metoder som kan benyttes til å beregne nedbør og avrenning fra utbyggingsområder. Klimaet er imidlertid i endring og det må tas høyde for dette i beregningene. Norsk Klimaservicesenter er etablert for å gi beslutningsgrunnlag for klimatilpasning i Norge. Norsk Klimaservicesenter utarbeider blant annet klimafremskrivinger som er å finne på nettstedet https://klimaservicesenter.no/.

Norsk Klimaservicesenter har utarbeidet rapporten «Klima i Norge i 2100» som presenterer kunnskapsgrunnlaget for klimatilpasning. Noen av de viktigste konklusjonene er:

• Det forventes en økning på ca 18 % i årsnedbør
• Styrtregnsperiodene blir kraftigere og vil forekomme hyppigere

I Norge benyttes en klimafaktor for å ta høyde for en økning i fremtidige nedbørsmengder. Klimafaktoren varierer mellom 20 % og 50 % avhengig av hvor det er i landet. Den dimensjonerende klimafaktoren er normalt angitt i VA-normen eller andre retningslinjer for overvann i den enkelte kommunen.

Det er nødvendig med data som angir returperioder for nedbør av ulik intensitet og varighet. Returperioden angir det statistiske tidsintervallet for hvor ofte en nedbørsmengde med en gitt varighet og intensitet tangeres eller overskrides. Dette illustreres normalt i form av en IVF-kurve

Beregninger av avrenning og fordrøyningsbehov for en utbygging gjøres normalt for alle punkter på en IVF-kurve og for et utvalgt returinterval. Også dette er normalt angitt i VA-normen eller andre retningslinjer for overvann i den enkelte kommunen.

 

9.6 Avskjæringslagring

Studier har vist at hyppigheten av overflateavrenning fra permeable dekker av betongstein er mindre enn fra normale dreneringssystemer.

Årsaken til dette er at vannet trekker inn i fugene mellom steinene, i settelaget og i det permeable forsterkningslaget ved mindre nedbørsmengder, og fordamper deretter når det slutter å regne. Dog avhenger dette av de forutgående forholdene (dvs. værforholdene like før det begynte å regne). Resultatene fra ulike studier av permeable dekkers evne til å sørge for avskjæringslagring er oppsummert i Tabell 9.2. Disse viser at overflateavrenning fra permeable dekker typisk ikke forekommer for regn inntil 5 mm.

Design av et system for avskjæringsdrenering vil normalt ivareta at det ikke er avrenning for de første 5 mm av et nedbørstilfelle for 80 % av nedbørstilfeller om sommeren og 50 % om vinteren. Der et permeabelt dekke kun ivaretar regnet som faller direkte på dekket, så kan det antas at de første 5 mm nedbør avskjæres ved hjelp av absorbsjon i dekket og fordampning.

I tillegg til å sørge for avskjæringslagring kom studiene frem til at det generelle vannvolumet som rant ut fra konstruksjoner med permeable dekker var betydelig redusert (mellom 50 % og 90 % sammenlignet med for tette asfaltdekker).

Oppsamling av regnvann (ved å bruke permeable dekker som lagringsvolum kan også bidra til å redusere overflateavrenning fra små, hyppige regnbyger, selv om det er vanskelig å kvantifisere det nøyaktig bidraget.

 

9.7 Segmentering

Det er mange fordeler ved å betrakte ulike arealer med permeabelt dekke som separate elementer i et overvannssystem. Dette oppnås spesielt hvis regulator for utløpsmengde, eventuelt med reguleringsmulighet, plasseres i utløpet fra det permeable dekket. Denne teknikk er nyttig i en rekke situasjoner

• For å begrense utløp fra områder med permeable dekker i skrånende terreng.
• For å optimere tiden som vannet holdes tilbake i dekket for å oppnå størst mulig infiltrasjon (spesielt for system B).
• For å gi tilstrekkelig tid til at forurensende stoffer kan holdes tilbake og dermed fjernes fra utløpet.

Ulike arealer med permeabelt dekke kan dermed bidra til et betydelig fordrøyningsvolum innen en utbygging og det krever ikke ekstra plass. Permeable dekker er dermed ikke bare et element for oppsamling og utslipp av overvann, men også et fordrøyningsvolum som kan redusere behov for fordrøyningsvolum andre steder i utbyggingen.

Mengderegulator benyttes til å optimalisere plasseringen av forskjellige områder med permeabelt dekke og kontrollere utløpet fra disse. Dette vil også gjøre det mulig å utnytte at ulike områder innen en utbygging kan ha ulike muligheter for dyp infiltrasjon. Prinsippene er vist i nedenstående figurer.

 

 

 

9.8 Skrånende terreng

I skrånende terreng vil vannet strømme til den laveste enden av fundamentet, noe som vil redusere fordrøyningskapasiteten (Figur 9.7). Det er da nødvendig å sjekke om det er tilstrekkelig fordrøyningsvolum i konstruksjonen. Om nødvendig kan overbyggingen under det permeable dekket økes i tykkelse eller det kan introduseres dammer eller terrassering.

 

Tilgjengelig fordrøyningsvolum på et horisontalt anlegg fremkommer som følger:

VL = W x L x D
Hvor:
VL = lagringsvolum i bærelaget og forsterkningslagene på et horisontalt anlegg
W = er dekkets bredde
L = er dekkets lengde
D = er tykkelsen til bærelaget og forsterkningslaget

For et skrånende areal fremkommer lagringsvolumet som følger:

VS = 0,5 x I x T x W
Hvor:
I = forsterkningslagets lengde hvor vannet kan lagres = T/TANß
T = tykkelsen på bærelaget og forsterkningslaget målt vertikalt (på de fleste anlegg kan dette forstås som lik D)
ß = helningsvinkel
W = er dekkets bredde

I begge tilfeller må det i tillegg tas høyde for porøsiteten til det permeable fundamentet.

 

9.9 Drenering av tette flater inn på permeable flater

Det er mulig å utforme områder hvor det permeable dekket håndterer overflateavrenning fra tilknyttede, tette områder, inklusive tak. Det er normal praksis å begrense forholdet mellom arealet av tett område og permeabelt dekke til cirka 2:1, avhengig av prosjektets beskaffenhet (Figur 9.8).

 

Det er to årsaker til at forholdet begrenses til cirka 2:1:

1. Større forholdstall kan resultere i en tykkelse på det permeable fundamentet som er unødig stor og ikke kostnadseffektiv
2. Slambelastninger på det permeable dekket blir unødig store ved større forholdstall og risikoen for tetting av overflaten øker.

Hvis for eksempel et prosjekt har et samlet areal på 1500 m² som skal dreneres, kan dette bestå av 1000 m² tett dekke som dreneres inn på et 500 m² stort areal med permeabelt dekke av betongstein.

For å ta høyde for det ekstra regnvannet som samles opp av det permeable dekket, så kan det være nødvendig å øke tykkelsen på det permeable dekkets fundament økes for å gi det større lagringskapasitet. For System C dekker kan tykkelsen på forsterkningslaget økes ved å anvende følgende ligning:

T = t (AI + AP)/AP
Hvor:
T = Nødvendig tykkelse på fundamentet for å lagre vann som kommer fra både tette og permeable områder
t = Nødvendig tykkelse på fundamentet for å lagre vann som kun kommer fra et permeabelt område (fra Tabell 5)
AI = Areal av område med tett overflate som dreneres til den permeable overflaten
AP = Areal av område med permeabelt dekke

For System A (infiltrasjon) kan Tabell 9.3 brukes.

 

9.10 Håndtering av avrenning fra tak

Et permeabelt dekke kan også ta imot avrenning fra tak. For mindre tak og relativt små volumer, så kan taknedløp ledes direkte ut på overflaten av det permeable dekket. Forholdet mellom arealet av tett område (tak) og permeabelt dekke bør begrenses til cirka 2:1 (Figur 9.8).

I beregningen av den hydrauliske tykkelsen skal det tas høyde for den ekstra vannmengde som ledes til det permeable dekket.

For større innløp og tak, så kan regnvann ledes til det permeable dekket gjennom sandfang og filterkamre som leder til et sprede system innenfor det permeable bærelaget eller forsterkningslaget. Sandfang og filterkamre må være tilgjengelige for vedlikehold. Her trenger 2:1 regelen ikke å gjelde med mindre takvannet blir infiltrert nærmere enn ca 5 meter fra en bygning eller annen struktur.

I designet av sandfang, filterkammer og spredesystem er det viktig å ta hensyn til vannets hastighet og volum for å unngå for stor punktbelastning. Drenering fra tak kan komme i store mengder og hastighet spesielt ved symfonisk nedløp.

 

9.11 Fordrøyning

Permeable dekker av betongstein reduserer betydelig nedbørsvolumet som strømmer ut fra dem. Tiden det tar for vannet å strømme ut, er mye lengre enn for konvensjonelle dreneringssystemer.

Studier som er rapportert i CIRIA rapport C 582 (CIRIA, 2001) har vist at fra 11 til 45 % av nedbøren strømmer ut fra dekket i løpet av et regnvær. I etterkant, i løpet av 2 til 4 dager etter et regnskyll, strømmer mer vann ut og fører til et totalt utløp på 55–100 %. Derved kan det permeable dekket bidra til å oppfylle formålet med fordrøyning, ettersom det vil redusere overflateavrenningsvolumet i kritiske perioder.

For de fleste, relativt små arealer vil det ikke være behov for permeable overbygninger tilrettelagt for fordrøyning, spesielt ikke dersom det ikke samles opp overflateavrenning fra omliggende tette områder. Dette bør avklares med myndighetene under planleggingsfasen.

For større arealer hvor dekket tar imot vann fra områder med overflateavrenning fra tette overflater med et arealforhold på 2:1, kan det hende det vil bli behov for fordrøyning med kontrollert utløp. I så fall inneholder SUDS-manualen veiledning om hvor mye langsiktig lagring det er behov for på ulike prosjekt.

Avrenning og krav til fordrøyningsvolum beregnes normalt ved hjelp av lett tilgjengelig software. For mindre anlegg, kan enkelt software eller tabellene i dette dokumentet benyttes.

For de fleste systemer, vil vannmengden som løper inn i et permeabelt dekke under et nedbørstilfelle være større enn vannmengden som løper ut. Forskjellen mellom disse må fordrøyes midlertidig i konstruksjonen for å hindre at avrenningen fra området blir for stor.

Krav til fordrøyningsvolum = volum nedbør – volum utløp

 

9.12 Infiltrasjonskapasitet til grunnen (dyp infiltrasjon)

Infiltrasjonskapasiteten eller vannledningsevnen til grunnen er et mål for hvor fort vannet trenger ned i grunnen under oppbyggingen. Infiltrasjonsmålinger bør gjennomføres for finne frem til infiltrasjonskapasiteten som skal brukes i prosjekteringen.

Målinger bør være representative for området og bør foretas på et nivå som er så nær fremtidig flate for dyp infiltrasjon som mulig. Infiltrasjonsmålinger bør støttes av andre målinger av de stedlige massene, for eksempel kornfordelingsanalyse. Dette for å unngå at gale verdier blir benyttet i prosjekteringen. Slike målinger kan gjerne dokumenteres i en egen rapport.

Dersom dyp infiltrasjon velges som en dreneringsmekanisme, konstrueres det permeable dekket som et System A eller System B. Ytterligere tre forhold må undersøkes:

1. Er det tilstrekkelig avstand til grunnvannet?
2. Vil infiltrert vann bli transportert vekk med grunnvannet?
3. Kan infiltrasjon til grunnvannet medføre risiko for skader på eiendom eller installasjoner nedstrøms?

Disse forholdene kan gjerne undersøkes og dokumenteres sammen med målingene av infiltrasjonskapasitet.

 

9.13 Drenering til utløp

I et System C anlegg, må vannet renne horisontalt gjennom det permeable fundamentet mot et utløp. Det permeable fundamentet kan utformes som separate områder under det permeable dekket, atskilt av en tett membran. Vannstrømmene mellom de ulike delene av det permeable fundamentet må vurderes nøye for å sikre at vannet lagres på riktig område, og om nødvendig ledes til et utløp. Utløpsmengden kan eventuelt reguleres med mengderegulator.

Andre muligheter omfatter å la vannet strømme mellom områdene ved hjelp av rør, i lukkede basseng eller i et lag av grove steinmaterialer. Vannet kan også strømme langs områder med permeabelt fundament. Det bør være tilstrekkelig kapasitet i rør, magasiner eller fundament til å lede vannet til utløp(ene).

På horisontale anlegg er det som regel mulig å bruke et begrenset antall tiltak for å sikre at lagringen i hvert område av fundamentet optimaliseres. I dette tilfelle er hovedhensynet å sikre at alle elementer (rør, fundament, osv) har tilstrekkelig kapasitet til å drenere området uten begrensninger som vil øke mengde av vann som lagres. På anlegg i hellende terreng kreves det vanligvis et større antall tiltak for å holde vannet på riktig lagringssted.

Avstand mellom dreneringsrør

Det permeable fundamentets dreneringskapasitet og avstanden mellom utløpsrørene for System C kan evalueres med veiledning fra Cedergren (Cedergren, 1974).

 

Den maksimale avrenningsmengden som kan fjernes i et horisontalt permeabelt forsterkningslag beregnes som følger:

Q = k (h/b)2
Hvor:
Q = vannmengde inn i dekket (m/s)
k = det permeable forsterkningslagets permeabilitetskoeffisient (m/s)
h = det permeable forsterkningslagets tykkelse over det tette underlaget (m)
b = halve avstanden mellom avløpsrørene (m)

Merk: Legg merke til at Q har to forskjellige betydninger i likningene på denne siden.

For et planum med fall og usymmetriske avløpsledningsnett, kan vannstrømmen i det permeable forsterkningslaget beregnes ved hjelp av Darcy’s Lov:

Q = Aki
Hvor:
Q = det permeable forsterkningslagets kapasitet (m³/s)
A = arealet av det vertikale snittet av vannbassenget (m²)
k = det permeable forsterkningslagets permeabilitetskoeffisient (m/s)
i = fallhøyde (forutsettes å være det samme som fall på planum – oftest en konservativ forutsetning).

For mange prosjekter fastsettes avstandene mellom utløpene (ledninger eller drensmatter) vanligvis av byggeplanen og det permeable dekkets beliggenhet.

Spørsmålet om maksimale avstander oppstår kun på større steinbelagte områder. Hvor det er individuelle utløpsledninger på atskilte steder (i stedet for en serie perforerte oppsamlingsrør) bør antall utløp planlegges slik at de sørger for tilstrekkelig drenering fra det permeable forsterkningslaget (Figur 9.10).

 

Dersom utløpsledningen kun skal transportere vannet til en annen del av dreneringssystemet, må rørets kapasitet være større enn R. Dersom utløpet må kunne holde igjen vannet innenfor dette bestemte området av forsterkningslaget, må det installeres en mengderegulator for å begrense vannmengden i røret til R.

Diameteren på dreneringsrørene bør velges slik at de kan håndtere vannmengden som vil løpe ut av det permeable dekket. For et mindre område som en rekke med parkeringsplasser (24 plasser á 2,5 m x 5 m) eller en mindre vei (6 m bred og 50 m lang) med et dimensjonerende nedbør på 75 mm/t, så vil et drensrør med en diameter på 100 mm og et fall på 1:100 være tilstrekkelig.

For et større område bør avstanden mellom dreneringsrør beregnes ved hjelp av formelen Q = k (h/b)2. Nedenfor er vist et eksempel:

Nedbørsintensitet, q = 75 mm/t
Permeabilitet til forsterkningslaget, k = 1 x 10-2 m/s (konservativt anslag uten måling av permeabilitet)
Maksimal høyde på lagret vann, h = 0,3 m
Dette vil resultere i b = 6,5 m og dermed en avstand mellom dreneringsrør på 13 m.

 

9.14 Flowkontroll

For at det permeable dekket skal kunne fungere som fordrøyning, så må utløpsmengden begrenses ved hjelp av en mengderegulator. Utløpsmengden kan enten være før-situasjonen eller en annen verdi avtalt med myndighetene. Når vannmengden begrenses ved utløpet, så vil vannet holdes tilbake i den permeable konstruksjonen og lagres midlertidig. Permeabiliteten til den permeable konstruksjonen er relativt høy og det vil ikke på egenhånd begrense utløpsmengden, bortsett fra hvor områdene blir veldig store.

En egen mengderegulator vil normalt være nødvendig. Det er en rekke mengderegulatorer tilgjengelig på markedet, men den enkelte og mest kostnadseffektive er et strupet utløp plassert i en grunn inspeksjonskum. Det er normalt en plate med et hull i. Det er sjeldent behov for mer komplekse eller dyre kontroller. Et strupet utløp vil etterligne et naturlig utløp der vannmengden øker med trykkhøyden. I mindre nedbørstilfeller vil utløpet være lite. Etter hvert som nedbørsmengdene øker, så vil utløpet også øke.

Et strupet utløp er en sirkulær eller firkantet åpning med en spesifikk form og størrelse som tillater en kontrollert vannmengde å løpe ut. Vannmengden avhenger av trykkhøyden over åpningen, størrelsen på åpningen og formen på kantene av åpningen.

Permeable dekker holder tilbake silt og andre partikler og slipper ut rent vann. Som en sikkerhet anbefales beskyttelse mot blokkering som vist i figur 34. En mengderegulator kan utstyres med et overløp hvis det er nødvendig. Mengderegulatorer bør være robuste, enkle å vedlikeholde og tilgjengelige for inspeksjon eller justering.

Vannmengden som slippes ut gjennom et enkelt strupet utløp kan beregnes ved hjelp av nedenstående formel. Det er i formelen antatt at det ikke står vann på nedstrøms side av utløpet.

Q = Cd x Ao x √2gh

Hvor:
Q = Utslippsmengde gjennom hullet (m³/s)
Cd = Utløpskoeffisient (kan bruke 0.6 hvis materialet er tynnere enn diameteren på hullet, 0.8 hvis materialet et tykkere enn diameteren på hullet og 0.92 hvis kantene av åpningen er avrundede)
Ao = Arealet av åpningen (m²)
h = Trykkhøyden (m)
g = 9.81 m/s²

Hvis det ikke står vann på nedstrøms side av det strupte utløpet, så er trykkhøyden avstanden mellom senteret av åpningen til vannoverflaten på oppstrøms side av det strupte utløpet. Hvis det star vann på begge sider av det strupte utløpet, så er trykkhøyden avstanden mellom vannoverflaten på oppstrøms side og nedstrøms side. Dette er vist i figur 9.11.

 

Det kan være nødvendig å anvende flere vannmengderegulatorer for å håndtere utløpsmengden fra forskjellige deler av et permeabelt dekke. I et overvannssystem med grøfter, kanaler og rør vil det være mulig at store gjenstander kan komme inn i systemet. Vannet som kommer inn via et permeabelt dekke vil være filtrert og derfor vil risikoen for å blokkere en mengderegulator være mindre.

Figur 9.12 viser et strupet utløp som er beskyttet av et nett med huller med mindre diameter (her ca 10 mm) enn det strupte utløpet.

 

Eksempelvis vil et strupet utløp med en diameter på 75 mm og en trykkhøyde på 450 mm begrense utløpsmengden til 7,8 l/s. En 15 mm åpning med en trykkhøyde på 450 mm vil begrense utløpsmengden til 0,3 l/s.

For et mindre område eller en mindre vannmengde, kan det benyttes en enkel usikret mengderegulator (figur 9.13, 9.14 og 9.15).

 

 

 

Maksimal utslippsrate beregnes og avtales med kommunen. Det er viktig at utløpet utformes slik at de begrenser vannmengden, og at vannet derved lagres midlertidig i oppbyggingen og slippes ut gradvis.

 

9.15 Hydraulisk tykkelse

Den hydrauliske tykkelsen beregnes etter følgende formel:

HT = VK / (W x L x Ø)
Hvor:
HT = Hydraulisk tykkelse i bærelaget og forsterkningslaget (m)
VK = Nødvendig fordrøyningsvolum (m3)
W = Dekkets bredde (m)
L = Dekkets lengde (m)
Ø = Porøsitet (fraksjon)

Bemerk at laget med permeabel betongstein, settelaget og eventuelt grunnforbedring ikke antas å ha lagringskapasitet og derfor ikke innregnes i den hydrauliske tykkelsen.

Designprosessen må ta hensyn til konstruksjonstykkelse og hydraulisk tykkelse. Hvis konstruksjonstykkelsen er større enn den hydrauliske tykkelsen, betyr dette at det er ekstra hydraulisk lagringskapasitet som kan brukes til å håndtere avrenning fra tilstøtende områder. Hvis det ikke er ekstra hydraulisk kapasitet og det er nødvendig å imøtekomme avrenning fra tilstøtende områder, så må den hydrauliske tykkelsen økes.